斯特林发动机是一种不依赖空气的闭式循环动力装置，其工作过程是：先是加热作为工质的惰性气体，使其膨胀驱动活塞往复运动，再由活塞带动曲轴旋转，惰性气体在冷气室被冷却后，再次被加热，开始下一个循环。斯特林发动机就是通过反复进行这样的工作循环来输出动力的。其作为工质的惰性气体一直保存在气缸内，可以往复使用，因此才被称为闭式循环发动机。
斯特林发动机原理动图，左边加热，右边冷却
斯特林发动机属于外燃机，外燃机是一种通过加热循环工质，使热能转化为机械能的发动机。蒸汽轮机就是一种典型的外燃机，它先是加热锅炉中的水产生高温高压的水蒸汽，再用这种水蒸汽来驱动涡轮。外燃机的工质加热和能量转换是分开的，这种机理的好处是对燃料不挑食，无论是液态、气态或固态的燃料都可以用，甚至木柴都能行。但正因为如此，外燃机有一个高温高压工质传输的过程，在这个过程中很多热量以热传递和热辐射的形式损失掉了，再加上斯特林发动机不能像内燃机那样采取增压措施，只能进行常压燃烧。因此，虽然斯特林发动机的理论热效率很高，但实际热效率却要低得多。
瑞典的斯特林发动机瑞典考库姆公司从上世纪60年代末就开始研制斯特林发动机，但却一直未能解决其功率难以做大的问题，如瑞典考库姆公司早期的V4-275R型斯特林发动机功率才75/110千瓦(75千瓦型出口，110千瓦型瑞典自用)，即使是该公司最新的斯特林MK4型发动机，功率也只有150千瓦，要知道，我国2021款长安CS75 PLUS搭载的是蓝鲸2.0T发动机，最大功率就达171kW，作为尖端高科技装备，斯特林发动机功率还不如一台民用汽油发动机。这就导致3台斯特林MK4才能使A26型常规潜艇达到6节的水下航速，6节大约相当于11公里/小时，堪称龟速。因此斯特林发动机只能充当潜艇的辅助动力装置，在需要隐蔽部署的时侯慢慢潜行。
瑞典A26型常规潜艇
日本斯特林发动机日本最新的“苍龙”级常规潜艇用的也是引进自瑞典的斯特林发动机，只不过是早期的V4-275R型，最大单机功率只有75千瓦，苍龙级用了4台总功率才300千瓦，但它的排水量又远大于A26的1900吨，达4200吨，这就导致在斯特林发动机的驱动下，“苍龙”级潜艇的水下速度只有4节，这个速度还比不上人类的步行速度，对潜艇来说比龟速还龟速。
采用X形舵的“苍龙”级潜艇
后来居上的中国斯特林发动机跟日本一样，我国同样引进了斯特林V4-275R型发动机，但中船重工711所却在对其技术充分消化吸收的基础上，连续获得重大突破，自行发展了两代新型号。第一代斯特林发动机的功率比V4-275R提高了117%，由75千瓦增加为162千瓦，青出于蓝而胜于蓝，一举超越了瑞典。新一代斯特林发动机的功率在此基础上又增加到320千瓦，是目前已知斯特林发动机的世界最高水平。这是非常了不起的，因为要想增加斯特林发动机的功率是非常困难的，基于外燃机的特点，其加热器和膨胀腔需要长时间保持在较高的温度下，这就对材料提出了很高要求，否则号称先进的日本也不会研究这么多年都没什么成果了。更牛的是，通过采取一系列减少热量损失的措施，我国新一代斯特林发动机的热效率达到了40%，已经接近柴油机的水平。
我国新一代斯特林发动机采用了更大的缸径
比肩核潜艇的水下静音航速那么以新一代斯特林发动机的功率和效率水平，我国潜艇又能达到什么样的水下航速呢？潜艇水下航速主要取决于航行阻力和发动机输出功率两个方面。
先看航行阻力。潜艇的水下航行阻力有摩擦阻力、旋涡阻力和突出体阻力三种。以我国039C型潜艇为例，它采用了国际上流行的拉长水滴形艇体，指挥台围壳与艇体的前后连接处都有圆滑过渡的填角，围壳上部还进行了圆角处理，围壳整体构型呈梯形，以上设计将水下航行摩擦阻力降到了最低。且039C艇体表面非常干净利落，除了舵面几乎没有什么凸起，这又显著降低了突出体阻力。此外，039C的新型“盖帽”形围壳不但能减小“马蹄涡”产生的激流噪音，也能使潜艇在接近水面的区域航行时阻力减小。
039C的“盖帽”形围壳
再看发动机输出功率。如果039C装备四台大缸径斯特林发动机，总功率将高达1280千瓦，也就是1740马力。
实验证明，潜艇在水下航行时，其受到的阻力大小与其速度的二次方成正比，还以“苍龙”级潜艇为例，它用3900马力的柴油机功率实现了20节的水下航速，那么，如果其航速从20节降为10节，受到的阻力将减为原来的四分之一。而039C四台斯特林发动机的总功率已接近“苍龙”级主机功率的一半，再加上它的排水量仅为3600吨，长宽高为77.6米×8.4米×5.5米，远小于“苍龙”级的4200吨和84米×9.1米×10.3米，因此其总的阻力会小得多。结论就是039C采用四台新一代大功率斯特林发动机后，完全可以达到十几节的水下航速。
如果达到12节，就是苍龙级航速的3倍，原来要6天才能完成的部署，现在2天就够了。而核潜艇保持静音的水下巡航速度也不过十几节，这意味着采用新一代斯特林发动机后，039C首次具备了与核潜艇编队的能力。如果说此前常规潜艇与核潜艇是两条平行线的话，现在它们终于相交了，这在潜艇发展史上可谓意义非凡。
结语但即使是320千瓦的单机功率也远不是我国斯特林发动机的进化终点，随着一系列关键技术和制造工艺的突破，我国兆瓦级斯特林发动机的横空出世并非遥不可及。
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